循環(huán)流化床液固兩相及氣液固三相的CFD-DEM模擬.pdf

1、多相流動(dòng)是化工設(shè)備及化工單元操作中的基本現(xiàn)象。在多相系統(tǒng)中，不僅存在湍流現(xiàn)象，還存在復(fù)雜的顆粒/流體與顆粒/顆粒的相互作用。針對(duì)液固兩相流，本文采用CFD-DEM方法研究了液固流化床起始循環(huán)流化速度及顆粒在流化床上升管中的停留時(shí)間分布。針對(duì)氣液固三相流，本文首先建立三相流的CFD-DEM模型，然后研究了三相傳統(tǒng)流化床內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)、相含率分布等。
　　起始循環(huán)流化速度是顆粒隨流體流出床體進(jìn)入循環(huán)流化狀態(tài)的最小流體速度，是流化床設(shè)計(jì)及操

2、作的重要參數(shù)。本文提出一種定義液固流化床起始循環(huán)流化速度的新方法，即采用CFD-DEM方法得到顆粒停留時(shí)間分布，通過擬合顆粒平均停留時(shí)間與表觀液速關(guān)系圖，得到兩條不同斜率的直線，兩條直線的交點(diǎn)即為起始循環(huán)流化速度。起始循環(huán)流化速度的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值非常接近。模擬表明，起始循環(huán)流化速度受顆粒密度和顆粒尺寸的影響較大，塔的尺寸（塔高及塔徑）對(duì)其基本無影響。可用冪函數(shù)關(guān)聯(lián)顆粒平均停留時(shí)間與表觀液速。顆粒碰撞參數(shù)對(duì)顆粒平均停留時(shí)間和起始循環(huán)流化

3、速度無影響，但是會(huì)影響顆粒停留時(shí)間分布曲線，顆粒停留時(shí)間分布曲線上會(huì)出現(xiàn)不同程度的“小凸起”和拖尾。從顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡能看出液固系統(tǒng)內(nèi)顆粒的復(fù)雜流動(dòng)行為。
　　針對(duì)氣液固三相系統(tǒng)，本文采用雙流體模型來描述氣液兩相的運(yùn)動(dòng)及相間耦合，同時(shí)用拉格朗日方法描述顆粒的運(yùn)動(dòng)，考慮液固間相互作用，忽略氣固間作用力，建立了封閉的氣液固E/E/L模型。以開源軟件OpenFOAM為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了氣液固E/E/L模型，對(duì)三相傳統(tǒng)流化床內(nèi)相含率分布、顆粒運(yùn)動(dòng)

4、進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，在三相系統(tǒng)中，當(dāng)表觀氣速較低時(shí)，氣含率模擬值比實(shí)驗(yàn)值略低，表觀氣速高時(shí)，模擬值與實(shí)驗(yàn)值差別較大。在低氣速下，氣固間作用力較弱，可以忽略氣固間作用力；在高氣速下，不可以忽略氣固間作用力。三相系統(tǒng)顆粒的停留時(shí)間分布曲線更接近于全混流理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布曲線，說明三相系統(tǒng)中顆粒返混嚴(yán)重。另外，三相系統(tǒng)顆粒的停留時(shí)間分布曲線中出現(xiàn)了一些較大的“峰”，三相系統(tǒng)中可能存在顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。顆粒影響氣含率的分布情況，使氣